CN102208866B - 中频逆变直流及变频交流电阻焊接电源 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种中频逆变直流输出和变频交流输出的电阻焊接电源，采用电子控制方法，同时实现中频逆变直流输出和变频调制交流输出的电阻焊机。本发明采用中频逆变直流输出方式效率高，变压器体积小；采用交流变频调制输出方式又省去中频直流二极管导通压降带来的8KW以上功率损耗。同时根据不同焊接材料选用不同输出形式即提高了焊接工艺质量，提高了焊机的可靠性，使焊机效能得到最大发挥。焊接电源采用电子电路控制方法，判断电源输出是逆变中频直流还是变频调制交流输出，从而改变逆变回路的PWM脉宽调制及驱动方式，实现焊机电源可靠输出中频逆变直流或变频调制交流电流。此种方法电路简单易行，可靠性高，实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及一种电阻焊接电源，尤其是一种同时实现中频逆变直流输出和变频调制交流输出的电阻焊接电源。
背景技术
随着近年来航空航天、汽车车辆、轨道交通、轻工家电等领域快速发展，工业产品在其材料、结构及应用领域不断更新发展，对产品加工质量、效率要求不断提高，因此提高电阻焊接质量、效率，采用电阻焊接新方法、新工艺等装备，是国内外焊接专家致力研究课题。
本发明涉及的一种中频逆变直流/变频交流电阻焊机，满足碳钢、高强钢、不锈钢、铝镁合金、镀层金属材料及其它难熔金属材料焊接。根据不同焊接材料，选用中频逆变直流或变频交流电阻焊接方法，实现了各种材料高质量、高速、高效率焊接，是一种高效节能环保焊接装备。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种中频逆变直流输出和变频交流输出的电阻焊接电源，在一台焊机上根据焊接材料选择两种不同的焊接电流输出形式，以便实现高效、高质量、节能可靠的电阻焊。
按照本发明提供的技术方案，所述中频逆变直流及变频交流电阻焊接电源包括逆变回路和主回路，所述逆变回路包括：整流滤波电路连接由4个开关功率器件组成的桥式逆变电路的输入端，所述桥式逆变电路的输出端接中频变压器的初级绕组；所述主回路包括：中频变压器的次级绕组两端连接第一输出端子和第二输出端子，第一输出端子和第二输出端子用铜排连接AC端子或DC端子，AC端子连接工作电路，DC端子经过二次整流二极管模块连接工作电路；所述工作电路包括：第三二极管的阳极、第三电容的一端、工作电路的第一输出端相连并通过第三电阻接第二光电耦合器的负输入端，第三二极管的阴极与第二电容一端相连并通过第二电阻接第一光电耦合器的正输入端，第二电容另一端、第一光电耦合器的负输入端、第四二极管的阳极、工作电路的第二输出端相连，第四二极管阴极接第三电容的另一端以及第二光电耦合器的正输入端；第一光电耦合器的输出端一端接地，另一端通过上拉电阻接高电平并接或非门的输入端，第二光电耦合器的输出端一端接地，另一端通过上拉电阻接高电平并接或非门的输入端，或非门的输出端接电子开关的控制端，电子开关的控制端输入低电平时，DC中频逆变PWM变换电路与开关功率器件驱动电路导通，电子开关的控制端输入高电平时，AC交流变频调制PWM变频电路与开关功率器件驱动电路导通，所述开关功率器件驱动电路的输出连接所述4个开关功率器件的控制端。
所述开关功率器件采用IGBT管。
本发明的优点是：用简单实用可靠方法实现了在一台焊机上既能输出中频逆变直流输出又能交流变频调制输出。克服了普通单相电阻焊机三相不平衡缺点，同时具有中频逆变二次回路直流感抗对焊接电流影响小，变压器质量轻的优点。而交流变频调制输出，不但可靠性高，而且节能效果明显，省去了由于逆变直流输出整流二极管导通压降带来功耗近8KW以上（如导通压降0.7V,通过电流12KA）。另外，只有根据不同焊接材料，选用不同的焊机输出形式，才能实现各种材料高质量焊接工艺方法。
附图说明
图1是本发明的电路原理图。
图2是中频逆变方式驱动波形和输出电流波形图。
图3是变频交流调制方式驱动波形和输出电流波形图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明所述中频逆变直流及变频交流电阻焊接电源包括逆变回路和主回路。所述逆变回路包括：整流滤波电路连接由4个开关功率器件（IGBT）Q1~Q4组成的桥式逆变电路的输入端，所述桥式逆变电路的输出端接中频变压器T1的初级绕组N1；所述主回路包括：中频变压器T1的次级绕组N2两端连接第一输出端子P1和第二输出端子P2，第一输出端子P1和第二输出端子P2用铜排连接AC端子或DC端子，AC端子连接工作电路，DC端子经过二次整流二极管模块D2连接工作电路；所述工作电路包括：第三二极管D3的阳极、第三电容C3的一端、工作电路的第一输出端相连并通过第三电阻R3接第二光电耦合器PC2的负输入端，第三二极管D3的阴极与第二电容C2一端相连并通过第二电阻R2接第一光电耦合器PC1的正输入端，第二电容C2另一端、第一光电耦合器PC1的负输入端、第四二极管D4的阳极、工作电路的第二输出端相连，第四二极管D4阴极接第三电容C3的另一端以及第二光电耦合器PC2的正输入端；第一光电耦合器PC1的输出端一端接地，另一端通过上拉电阻接高电平并接或非门U1的输入端，第二光电耦合器PC2的输出端一端接地，另一端通过上拉电阻接高电平并接或非门U1的输入端，或非门U1的输出端接电子开关U2的控制端，电子开关U2的控制端输入低电平时，DC中频逆变PWM变换电路与IGBT驱动电路导通，电子开关U2的控制端输入高电平时，AC交流变频调制PWM变频电路与IGBT驱动电路导通，所述IGBT驱动电路的输出连接所述4个IGBT管的控制端。
三相交流电经过整流滤波变成的平滑直流电经过开关功率器件（IGBT）Q1~Q4和中频变压器T1组成的逆变回路。经T1降压变压输出低电压（5～15V左右），大电流（5～10KA左右）。根据焊接工件材料要求可输出中频逆变直流输出电流和交流变频调制输出电流。将降压变压器次级绕组N2和输出端子P1或P2用铜排连成AC，即可直接输出交流变频调制输出电流；将P1、P2端子连在DC端子上经过二次整流二极管模块D2后输出为DC电流。
当焊机电源输出DC电流时，经过二次整流模块D2后输出的直流电压经过二极管D3和C2滤波后直流电压通过电阻R2将光电耦合器PC1导通，而此时光电耦合器PC2不导通。经过或非门U1后，输出低电平0V，使电子开关U2的1-2端导通，此时将按DC中频逆变PWM变换电路经IGBT驱动电路，使焊接电源输出直流电流。
当焊接电源输出AC变频调制电流时，焊接电源输出电压正半波经过二极管D3整流连接电阻R2后使得光电耦合器PC1导通，负半波由电容C2滤波后电压保持光电耦合器PCI继续维持导通，负半波经过二极管D4,经电阻R3使PC2导通，正半波时由于电容C3滤波电压保持光电耦合器PC2继续维持导通。由于光电耦合器PC1和PC2一直处于导通状态，因而使得或非门电路U1输出为高电平，使电子开关U2的1-3端导通，此时将按AC交流变频调制PWM变频电路经IGBT驱动电路，使焊接电源输出交流变频调制电流。
工作过程为：经过三相整流滤波输出后的直流电压，由开关功率器件(IGBT)Q1~Q4和降压变压器T1组成的中频一次逆变回路，在降压变压器二次绕组N2产生的低电压大电流输出，然后经过接线端子P1,P2用铜排连接，如果输出为变频交流P1,P2端子连接为AC位置，然后直接输出交流变频电流提供工件低电压大电流焊接能量；如果输出直流中频电流，将P1,P2端子连接为DC位置，然后经过二次整流二极管模块D2后，输出为DC低电压大电流提供工件焊接能量。
中频逆变直流和交流变频输出经过控制电路才能可靠实现。其实现电路包括取自主电路二极管D1、D2和电容C1、C2电阻R2、R3和光电耦合器PC1、PC2，经过与非门U1给出判断识别信号，控制电子开关U2进行切换，从而连接中频逆变直流或交流变频调制电路，使IGBT驱动电路实现中频逆变直流或交流变频调制变换。
如图1所示，三相交流输入电压经过电源开关K1合上后输入给三相整流桥D1,经D1整流，再经电解电容C1滤波后得到平滑直流电，电阻R1为C1放电电阻。然后经由功率开关器件(IGBT)Q1~Q4和中频变压器T1组成的一次逆变开关变换电路，中频降压变压器T1的二次绕组N2产生低电压、大电流的交流电。如果将接线端子P1和P2用导电铜板按照图中AC方式连接，输出将得到变频交流电输出，提供焊接工件焊接能量，如果将接线端子P1、P2用导电铜板按照图中DC方式连接，降压变压器二次绕组N2输出低电压、大电流交流将经过整流二极管模块D2整流后输出中频直流电流，提供焊接工件能量。如果焊接电源输出为直流时，经过整流二极管D2后的直流电压，经由二极管D3整流和电容C2滤波通过电阻R2使电耦合器PC1导通，而此时光电耦合器PC2截止，所以或非门电路U1输出为低电平(0V),控制电子开关U2的1～2脚导通，按照DC中频逆变脉宽调制(PWM)方式，经IGBT驱动电路，驱动功率开关器件(IGBT)Q1~Q4，按照中频(1KHZ)逆变方式变换，其驱动功率开关器件(IGBT)Q1-Q4波形见图2中Q1-G~Q4-G，功率开关器件Q1-Q4和中频降压变压器T1组成逆变回路，经过整流二极管模块D2输出直流电流的波形见图2中的I0。如果焊接电源输出为变频交流时，输出电压正负半波期间经过D3整流C2滤波后的电压使得光电耦合器PC1始终处于导通状态，同理输出电压的负正半波期间经过整流二极管D4整流C3滤波后，使得光电耦合器PC2也始终处于导通状态。由于PC1和PC2导通，或非门U1输入端1、2号线为低电平，因而或非门U1输出端3号线为高电平,将电子开关U2切换到1和3号线导通，此时将按AC交流调制变频PWM电路给IGBT驱动电路输出驱动信号见图3中Q1-G~Q4-G，这样经过开关功率器件(IGBT)Q1~Q4和降压变压器T1组成变频交流调制变换电路，有降压变压器二次绕组N2按照端子P1、P2连接成AC方式，直接输出低电压、大电流变频调制的交流电流供给工件能量。输出AC变频调制交流电流波形见图3的IO。
本发明采用中频逆变直流输出方式效率高，变压器体积小；采用交流变频调制输出方式又省去中频直流二极管导通压降带来的8KW以上功率损耗。同时根据不同焊接材料选用不同输出形式即提高了焊接工艺质量，又提高了焊机的可靠性，使焊机效能得到最大发挥。焊接电源输出形式由于输出电流较大，采用了输出端子用铜排连接改变输出形式，然后采用电子电路控制方法，判断电源输出是逆变中频直流还是变频调制交流输出，从而改变逆变回路的PWM脉宽调制及驱动方式，实现焊机电源可靠输出中频逆变直流或变频调制交流电流。此种方法电路简单易行，可靠性高，实用性强。
Claims (2)
1.一种中频逆变直流及变频交流电阻焊接电源，包括逆变回路和主回路，其特征是，所述逆变回路包括：整流滤波电路连接由4个开关功率器件组成的桥式逆变电路的输入端，所述桥式逆变电路的输出端接中频变压器（T1）的初级绕组（N1）；所述主回路包括：中频变压器（T1）的次级绕组（N2）两端连接第一输出端子（P1）和第二输出端子（P2），第一输出端子（P1）和第二输出端子（P2）用铜排连接AC端子或DC端子，AC端子连接工作电路，DC端子经过二次整流二极管模块（D2）连接工作电路；所述工作电路包括：第三二极管（D3）的阳极、第三电容（C3）的一端分别与工作电路的第一输出端相连，工作电路的第一输出端通过第三电阻（R3）接第二光电耦合器（PC2）的负输入端，第三二极管（D3）的阴极与第二电容（C2）一端相连并通过第二电阻（R2）接第一光电耦合器（PC1）的正输入端，第二电容（C2）另一端、第一光电耦合器（PC1）的负输入端、第四二极管（D4）的阳极、工作电路的第二输出端相连，第四二极管（D4）阴极接第三电容（C3）的另一端以及第二光电耦合器（PC2）的正输入端；第一光电耦合器（PC1）的输出端一端接地，另一端通过上拉电阻接高电平并接或非门（U1）的输入端，第二光电耦合器（PC2）的输出端一端接地，另一端通过上拉电阻接高电平并接或非门（U1）的输入端，或非门（U1）的输出端接电子开关（U2）的控制端，电子开关（U2）的控制端输入低电平时，DC中频逆变PWM变换电路与开关功率器件驱动电路导通，电子开关（U2）的控制端输入高电平时，AC交流变频调制PWM变频电路与开关功率器件驱动电路导通，所述开关功率器件驱动电路的输出连接所述4个开关功率器件的控制端。
2.如权利要求1所述中频逆变直流及变频交流电阻焊接电源，其特征是所述开关功率器件采用IGBT管。
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